книги из ГПНТБ / Мещеряков, В. В. Микроэлектродвигатели электронных устройств учеб. пособие

ными полюсами, на которых помещаются обмотка статора и короткозамкнутые пусковые витки.

Ротор однофазного электродвигателя не отличается от трех­ фазного. Номинальная мощность однофазного синхронного реак­ тивного микродвигателя с отключенной пусковой обмоткой при всех прочих равных условиях по сравнению с трехфазным равна:

Л = (0,35 -г- 0,45) Рш .

Условия работы однофазного синхронного реактивного электро­ двигателя при синхронном режиме состоят в следующем. При питании от однофазной сети переменного тока создается пуль­ сирующая во времени (по фазе) и в пространстве по синусоидаль­ ному закону м. д. с. Эта м. д. с. может быть разложена на две составляющие м. д. с., движущиеся во взаимно противополож­ ных направлениях, с амплитудами, равными половине максимали­

Рис. 21. К принципу действия однофазного синхронного реактивного микроэлектро­ двигателя

50

В уравнении кривой м. д. с. однофазной обмотки (2,11) первая составляющая (знак минус) представляет из себя прямо вра­ щающуюся м. д. с., а вторая составляющая (знак плюс) — обрат­ но вращающуюся м. д. с. Однофазный синхронный реактивный электродвигатель в синхронном режиме можно физически пред­ ставить из двух последовательно соединенных эквивалентных трехфазных электродвигателей, роторы которых имеют общий вал (рис. 20 б). Один из них работает в синхронном режиме, а другой — в асинхронном тормозном режиме. Первый элемен­ тарный электродвигатель является ведущим и возникающий в нем реактивный момент расходуется на преодоление момента нагрузки и тормозного момента, создаваемого вторым элемен­ тарным электродвигателем. В отличие от обычной асинхронной микромашины в режиме электромагнитного тормоза (противовключение) схема замещения для сопротивлений обралоткой последовательности синхронного реактивного микродвигателя должна быть составлена с учетом магнитной и электрической асимметрии ротора.

Как известно, эквивалентная схема синхронного реактивного электродвигателя в асинхронном торомозном режиме приво­ дится, если пренебречь пульсирующим моментом, к двум па­ раллельно включенным цепям. Одна из них соответствует про­ дольной оси, а вторая — поперечной (рис. 17 а, б). Поэтому схема замещения однофазного синхронного реактивного микроэлектродвигателя в тормозном режиме будет иметь структуру на рис. 22а. Можно значительно упростить эту схему замещения следующим образом. Учитывая, что значение тока / а1 опреде­ ляется полусуммой проводимостью 0,5 (Yd + Yq), в параллельных ветвях схемы (рис. 22а) сопротивления намагничивающих кон­

X (rmixaq + rmqxad) + (xad + xaq) (xadxaq— rmdrmq)]

51

А Р МІО

пh = 1,

mJlo

ДР м і о — магнитные потери В магнитопроводе статора при

холостом ходе, вт.

Далее, не внося заметной погрешности, можно ввести в расчет средние значения активного т2А и индуктивного х2А сопротив­ лений ротора:

г2а — 0,5 (r2d 4- Гг,)

(2,13)

Х2 А = 0,5 (x'2d + x'2q)

где г'гі = Kdr2;

м. д. с. статора к ротору.

Гл; Хі

гхц

idt. г-s'

Ф

Рис. 22. Эквивалентная схема однофазного синхронного реактивного микроэлектродвигателя в тормозном режиме:

Исходя из этого, схема замещения микродвигателя в асин­ хронном тормозном режиме приводится в более простой вид (рис. 22 б). В результате изложенного имеется возможность

52

представить полную схему замещения однофазного синхронного реактивного микродвигателя в синхронном режиме, соединив последовательно эквивалентные схемы синхронного и асинхрон­ ного (в тормозном режиме) элементарных электродвигателей

(рис. 23).

Рис. 23. Эквивалентная схема однофазного синхронного реактивного микроэлектродвигателя (при отключенной пус­ ковой обмотке) с эквивалентными и средними значениями параметров в синхронном режиме

При асинхронном режиме однофазного синхронного реактив­ ного микродвигателя происходит следующее явление. В асин­ хронном режиме прямо ^вращающееся магнитное поле индукти­ рует в роторе ток, имеющий частоту s(ot, а обратно вращающееся магнитное поле — частоту (2 — s) а>1; Так как в отличие от син­ хронного режима ротор не является неподвижным по отношению к вращающемуся магнитному полю, то проводимость воздушного зазора не остается постоянной для прямо и обратно вращающихся полей. Поэтому в асинхронном режиме для прямо вращающегося поля, как и для трехфазного электродвигателя, эквивалентная

Итак, однофазный синхронный реактивный электродвигатель в асинхронном режиме физически представляет из себя совокуп­ ность двух однофазных асинхронных двигателей, один из которых имеет постоянную проводимость воздушного зазора, соответ­ ствующую продольной оси (рис. 24 а), а другой — соответствую­ щую попёречной оси (рис. 24 б). С достаточной точностью можно

53

Рис. 24. Эквивалентные схемы однофазного синхронного реактивного микроэлектродвигателя (при отключенной пус­ ковой обмотке) в асинхронном режиме

а — для продольной оси: б — для поперечной оси: б — преобразованная схема с эквивалентными и средними значениями параметров

В этом случае анализ сводится к рассмотрению свойств одно­ фазного асинхронного микродвигателя со схемой замещения (рис. 23 в), состоящей из двух контуров. Первый контур соответ­ ствует обычной схеме трехфазного асинхронного электродви­ гателя, а второй — схеме трехфазной асинхронной машины в тор­ мозном режиме противовключения. На основании схемы заме­ щения (рис. 23) уравнение электромагнитного вращающего мо­ мента однофазного синхронного реактивного микроэлектродви-

54

гателя в синхронном режиме и относительных единицах равно следующему аналитическому выражению [28]:

55

где для синхронного режима (при отключенной вспомогательной обмотке В) у = 0 и, следовательно, К и1 = К и2 = 0,707. Удель­ ный синхронизирующий момент Мсх вычисляется с использова­ нием уравнения (2,10).

§ 2,4. Свойства, эквивалентные схемы н основные уравнения конденсаторного синхронного реактивного микродвигателя

Конденсаторным синхронным реактивным микроэлектродви­ гателем называется несимметричный двухфазный синхронный реактивный микродвигатель, включенный в сеть однофазного переменного тока в качестве однофазного двигателя с конденса­ тором в одной из фаз. Синхронные реактивные микроэлектродви­ гатели, рассчитанные для питания от однофазной сети перемен­ ного тока, нередко выполняются как конденсаторные, в которых применение емкости позволяет существенно улучшить пусковые и рабочие характеристики электродвигателя. Обычно обмотка неявнополюсного статора выполняется двухфазной с различными числами витков в фазах. Эти две однофазные обмотки сдвинуты в пространстве (по окружности статора) на 90 электрических градусов: одна из них — основная, а другая вспомогательная, в которую включается конденсатор (рис. 25 а).

Рис. 25. К принципу действия конденсаторного синхронного реак­ тивного микроэлектродвигателя:

а — схема цепей статора; б — векторная диаграмма цепей статора при круговом двух­ фазном вращающемся магнитном поле

56

В конденсаторном синхронном реактивном микродвигателе, каждая из этих обмоток занимает половину числа пазов ста­ тора Z t. Номинальная мощность конденсаторного синхронного реактивного микроэлектродвигателя при всех прочих равных условиях по сравнению с трехфазным равна:

Р, = (0,65 Ч- 0,70) Рт .

На практике большое распространение получила схема конден­ саторного синхронного реактивного микродвигателя, у которого конденсатор соединен последовательно с одной из фаз (рис. 25 а).

Ротор конденсаторных синхронных реактивных электродви­ гателей такой же, как и в трехфазном двигателе.

Емкость конденсатора С, включенного во вспомогательную фазу В (рис. 25 а), выбирается из условия получения кругового двухфазного вращающегося магнитного поля при определенном режиме работы электродвигателя (рис. 25 б). Фаза А является основной. Обычно емкость С выбирается для режима номиналь­ ной нагрузки, при котором наиболее часто необходимо иметь круговое двухфазное вращающееся магнитное поле.

Как известно, при изменении напряжения или нагрузки, из­ меняются параметры электродвигателя и происходит превращение кругового вращающегося магнитного поля в эллиптическое вра­ щающееся. Симметричная двухфазная система получается тогда, когда м. д. с. обмоток А и В равны друг другу по величине и сдви­ нуты во времени (по фазе) и в пространстве на 90 электрических градусов. Сдвиг в пространстве м. д. с. обмоток легко осуществить

расположением осей фаз А и В под углом .

Согласовав параметры электродвигателя и конденсатора, можно выполнить условия симметрии. Если симметрия м. д. с. обмоток достигнута, то микроэлектродвигатель ведет себя как двухфазный, даже при питании от однофазной сети переменного тока. Конденсаторный электродвигатель в таком уравновешен­ ном режиме обладает хорошими энергетическими характеристи­ ками. Применение емкости значительно увеличивает коэффициент мощности cos</>i, а так же и коэффициент полезного действия г] электродвигателя. Общий ток статора почти может совпадать во времени с приложенным напряжением или даже опережать его.

Большим преимуществом конденсаторного синхронного реак­ тивного электродвигателя при круговом вращающемся магнит­ ном поле в режиме нагрузки по сравнению с однофазным являет­ ся хорошее использование габаритов микроэлектромашины.

57

Кроме того, в конденсаторном электродвигателе отсутствует неприятный шум, вызываемый пульсирующей составляющей магнитного поля.

Для условия симметрии м. д. с., создаваемые фазой А и фа­ зой В, должны быть равны друг другу и смещены на 90 электри­

ввиду его весьма малой величины, можно пренебречь (гс » 0).

С другой стороны при круговом вращающемся магнитном поле отношение э. д. с. и соответственно напряжений равно отноше­ нию чисел:-витков:

Поэтому для создания уравновешенного режима необходимо, чтобы коэффициент трансформации Кс удовлетворял соотно­ шению (2,17). Это весьма ограничивает возможность достижения уравновешенного режима, так как с изменением нагрузки менябт-

58

ся величина tg (рл. Линейный ток статора 7, равен геометрической сумме токов І в и Іл (рис. 25 а):

Пользуясь равенствами (2,15) и (2,18), определяем линейный ток:

(2,19)

Из векторной диаграммы (рис. 25 б) имеем: <ру + <рв = 90° — срв, откуда

Емкостное сопротивление конденсатора (при гс » 0) равно:

Учитывая равенства (2,15), (2,16) и (2,17), будем иметь:

» . і • . „

г, мкф

59